PRMT1介导的miRNA合成相关蛋白的甲基化调控miRNA的生物发生 | 蛋白质甲基化对于miRNA生物合成的影响

发表期刊：Nucleic Acids Research

发表时间：2019.11

研究内容：PRMT1介导的miRNA合成相关蛋白的甲基化调控miRNA的生物发生

影响因子：11.147

01摘要

蛋白质精氨酸甲基转移酶（protein arginine methyltransferase，PRMTs）是一组催化蛋白质精氨酸发生甲基化修饰的酶。PRMT1属于Ⅰ型PRMT，是PRMTs家族的主要成员，在哺乳动物细胞内广泛表达。参与细胞信号转导、转录调节、调节蛋白相互作用等多种细胞过程。近来有多项研究发现，PRMT1与多种癌症疾病发生呈正相关，而miRNA的表达水平也在癌症组织中发生异常，参与miRNA生物发生的蛋白也发生改变，对于精氨酸甲基化修饰、LDC功能异常、miRNA水平改变与癌症进展之间的联系的研究，可以为相关的疾病研究提供新的方向和思路。本研究通过高分辨率质谱以及小RNA测序等多种技术手段，阐明了PRMT1表达情况与miRNA合成相关蛋白的甲基化状态以及miRNA表达情况之间的关联性，得出PRMT1会影响miRNA合成相关蛋白的甲基化状态，从而调控miRNA的生物发生。
02研究结果

1. 研究人员利用重甲基 SILAC(heavy methyl SILAC)标记技术和蛋白质质谱分析对miRNA合成相关蛋白复合物(Large Drosha Complex,LDC)(将pri-miRNA加工成pre-miRNA的复合物)的甲基化状态进行表征。结果表明，LDC复合物的24个蛋白中有19个存在甲基化位点，且其甲基化修饰多为精氨酸不对称性-二甲基化。精氨酸甲基化修饰多发生在低复杂度(Low Complexity,LC)区域，该区域多发生蛋白相互作用及蛋白-RNA/DNA相互作用。

2. 利用慢病毒通过构建PRMT1缺陷细胞，观察各阶段miRNA的表达情况。结果表明，PRMT1表达缺陷细胞中pri-miRNA水平未发生改变或略有上调；pre-miRNA和miRNA成熟体表达大多显著性下调。说明PRMT1表达水平的改变可能影响pri-miRNA到pre-miRNA的过程，也暗示了，PRMT1表达可能和LDC的特异性催化反应存在联系。
3. 为了明确PRMT1调控LDC活性的机制，研究人员对PRMT1表达下调状态下LDC复合物的表达，组成以及甲基化状态进行评估。结果表明，LDC复合物表达，组成情况并无较大变化，而甲基化状态发生显著变化，按照蛋白质的甲基化状态对LDC复合物进行聚类分析。ClusterA代表在PRMT1缺陷表达的细胞中高度甲基化，在PRMT1过表达的细胞中低甲基化的蛋白。其中有两个上调的单甲基化位点，其二甲基化位点下调。说明，PRMT1缺陷表达可以促进蛋白的二甲基化状态向单甲基化状态转换，甲基化仅富集在RG区域。ClusterB代表在PRMT1缺陷表达的细胞中低甲基化，在PRMT1过表达的细胞中高度甲基化的蛋白。这些蛋白多为二甲基化状态，且甲基化程度与PRTM1成正相关。说明，PRTM1直接作用于这些蛋白，且ClusterB在RG和RGG两种基序处发生甲基化。
4. 通过使用PRMT1抑制剂，发现LDC甲基化状态受到PRMT1表达或活性的调节。说明，这种修饰会调节LDC的催化活性，进而调节miRNA的生物合成。从miRNA各阶段的表达水平来看，pri-miRNA的表达水平未有较大的变化，但是miRNA前体及成熟体的表达均降低，进一步证实了LDC催化活性的降低会特异性影响miRNA初级体到前体的这一过程。
03研究结论

大多数LDC蛋白是PRMT1的催化底物，其甲基化通常发生在LC的RGG富集区域，可以说明，LDC蛋白上发生的PRMT1介导的精氨酸甲基化，能够调节LDC蛋白的活性及功能，从而调节LDC蛋白和其靶向的pri-miRNA之间的相互作用，影响pri-miRNA到pre-miRNA这一过程，最终影响miRNA的生物发生。
参考文献：
Spadotto V, Giambruno R, Massignani E, et al. PRMT1-mediated methylation of the microprocessor-associated proteins regulates microRNA biogenesis. Nucleic Acids Res. 2019相关阅读miRNA干货知识大放送 | 学习专栏
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